(57)【要約】  基準周波数発生装置（１０）は，同期回路（３０）と，温度検出部（１７）と，制御部（１１）とを備える。同期回路は，リファレンス信号に基づいて得られた制御信号によって，電圧制御発振器（１５）が出力する基準周波数信号を制御する。温度検出部は，電圧制御発振器の使用温度を検出する。制御部は，リファレンス信号が取得できなくなると，使用温度の温度勾配の時間変化率に基づいて，電圧制御発振器の経時変化特性の歪みを考慮した補正を行い，この補正内容に基づいて自走用制御信号を生成して電圧制御発振器を制御する。
2011086976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リファレンス信号に基づいて得られた制御信号によって、発振器が出力する基準周波数信号を制御する同期回路と、
前記発振器の使用温度を検出する温度検出部と、
リファレンス信号が取得できなくなると、使用温度の温度勾配の時間変化率に基づいて、前記発振器の経時変化特性の特性変化を考慮した補正を行い、補正内容に基づいて自走用制御信号を生成して前記発振器を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする基準周波数発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基準周波数発生装置であって、
前記制御部は、
時間と当該時間に対応付けられた使用温度との対応関係に対して近似曲線を適用することで温度近似関数を求め、
温度近似関数を時間で２階微分することにより、温度勾配の時間変化率を求めることを特徴とする基準周波数発生装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の基準周波数発生装置であって、
前記制御部は、自走用制御信号を生成して自走制御を行っている間において、温度勾配の絶対値が第１所定値よりも小さい値をとるか又は温度勾配の絶対値が第２所定値よりも大きい値をとり、かつ温度勾配の時間変化率の絶対値が閾値を超えた値をとるときに、経時変化特性の特性変化を考慮した補正を開始することを特徴とする基準周波数発生装置。
【請求項４】
請求項１から３までの何れか一項に記載の基準周波数発生装置であって、
前記制御部は、自走用制御信号を生成して自走制御を行っている間において、使用温度が略一定の第１状態から、使用温度が変化する状態を経由して、使用温度が略一定の第２状態になったときに、
第１状態における使用温度である第１使用温度と、
第２状態における使用温度である第２使用温度と、
第１使用温度と第２使用温度との差分と、
のうち少なくとも何れかに基づいて、経時変化特性の特性変化を補正するときの補正量を決定することを特徴とする基準周波数発生装置。
【請求項５】
請求項１から４までの何れか一項に記載の基準周波数発生装置であって、
前記制御部は、経時変化特性の特性変化を補正するときは、時間の経過に従って補正量を変化させることを特徴とする基準周波数発生装置。
【請求項６】
請求項１から５までの何れか一項に記載の基準周波数発生装置であって、
前記制御部は、
自走用制御信号を生成して自走制御を行っている間において、経時変化特性の特性変化を考慮した補正に加えて、周波数温度特性を考慮した補正、及び、ヒステリシスを有する周波数特性を考慮した補正のうち少なくとも一方を行うことを特徴とする基準周波数発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基準周波数信号がリファレンス信号に同期するように発振器を制御する基準周波数発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば携帯電話の基地局やデジタル放送の送信局等では、信号を送信するタイミングや周波数の同期を行うために必要とされる高精度な基準周波数信号を、基準周波数発生装置を用いて供給することが行われている。そして、この種の基準周波数発生装置の中には、例えばＧＰＳ受信機から得られる高精度なリファレンス信号に同期させるように電圧制御発振器を制御し、上記基準周波数信号を出力させるものがある。【０００３】
電圧制御発振器は、入力される制御電圧に応じて異なる周波数を発生するように構成されており、例えば、水晶振動子を共振器として用いるものを挙げることができる。このタイプの電圧制御発振器の制御電圧対出力周波数特性（以下、Ｆ−Ｖ特性と称する）は、時間の経過や温度の変化に従って、僅かではあるが変化する。【０００４】
また、上記のような基準周波数発生装置は、ＧＰＳ衛星の位置、障害物、妨害電波等の様々な原因により、ＧＰＳ受信機がＧＰＳ衛星からの信号を受信できず、リファレンス信号を生成できなくなることがある。そこで、リファレンス信号を取得できなくなっても高精度な基準周波数信号を継続して出力するための自走制御機能を備えた基準周波数発生装置が提案されている。【０００５】
このような基準周波数発生装置は、リファレンス信号を取得できている状況では、電圧制御発振器を制御するときに用いたデータを記憶できるようになっている。そして、リファレンス信号を取得できなくなると、記憶されている過去のデータに基づき、前記電圧制御発振器を自走制御することで、長時間にわたって高精度の基準周波数信号を出力することができる。この種の基準周波数発生装置を開示したものとして例えば特許文献１がある。【０００６】
特許文献１は、水晶発振器が温度の変化に従ってＦ−Ｖ特性が変化すること（周波数温度特性）を考慮して自走用の制御電圧を生成する基準周波数発生装置を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４０５０６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、電圧制御発振器を自走制御するときに、経時変化及び温度変化のみを周波数変動の予測に使用すると、特に温度が急激に変化した場合等において、基準周波数信号の周波数が設定値からズレてしまうことがある。そのため、より高精度な自走制御を行うことができる基準周波数発生装置が求められていた。【０００９】
本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、リファレンス信号を取得できなくなっても、高精度な基準周波数信号を出力し続けることができる基準周波数発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【００１０】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【００１１】
本発明の観点によれば、以下の構成の基準周波数発生装置が提供される。即ち、この基準周波数発生装置は、同期回路と、温度検出部と、制御部と、を備える。前記同期回路は、リファレンス信号に基づいて得られた制御信号によって、発振器が出力する基準周波数信号を制御する。前記温度検出部は、前記発振器の使用温度を検出する。前記制御部は、リファレンス信号が取得できなくなると、使用温度の温度勾配の時間変化率に基づいて、前記発振器の経時変化特性の特性変化を考慮した補正を行い、この補正内容に基づいて自走用制御信号を生成して前記発振器を制御する。
【００１２】
即ち、例えば使用温度が大きく変化している状態から温度一定の状態に急激に遷移すると、サーマルショック等の影響により前記発振器の経時変化特性に特性変化が生じる。この点、上記の構成においては、状態が遷移したときに温度勾配が大きく変化することを考慮して、温度勾配の時間変化率に基づいて適切な補正を行うことができる。そのため、経時変化特性の特性変化を考慮して自走用制御信号を生成することがことができる。従って、自走状態においても高精度な基準周波数信号を出力することができる。
【００１３】
前記の基準周波数発生装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記制御部は、時間と当該時間に対応付けられた使用温度との対応関係に対して近似曲線を適用することで温度近似関数を求める。また、前記制御部は、温度近似関数を時間で２階微分することにより、温度勾配の時間変化率を求める。
【００１４】
これにより、近似曲線を用いることで、使用温度の局所的な変動を的確に検出することができる。そのため、経時変化特性の特性変化を考慮した補正をより的確なタイミングで行うことができる。また、温度近似関数を時間で２階微分するだけで温度勾配の時間変化率を得ることができるので、演算処理を簡単にすることができる。
【００１５】
前記の基準周波数発生装置においては、前記制御部は、自走用制御信号を生成して自走制御を行っている間において、温度勾配の絶対値が第１所定値よりも小さい値をとるか又は温度勾配の絶対値が第２所定値よりも大きい値をとり、かつ温度勾配の時間変化率の絶対値が閾値を超えた値をとるときに、経時変化特性の特性変化を考慮した補正を開始することが好ましい。
【００１６】
これにより、経時変化特性に特性変化が生じるときに温度勾配及び温度勾配の時間変化率に表れる特徴を的確に捉えることができる。そのため、経時変化特性に特性変化が生じたことを的確に検出して補正を行うことができる。
【００１７】
前記の基準周波数発生装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記制御部は、自走用制御信号を生成して自走制御を行っている間において、使用温度が略一定の第１状態から、使用温度が変化する状態を経由して、使用温度が略一定の第２状態になったときに、第１状態における使用温度である第１使用温度と、第２状態における使用温度である第２使用温度と、第１使用温度と第２使用温度との差分と、のうち少なくとも何れかに基づいて、経時変化特性の特性変化を補正するときの補正量を決定する。
【００１８】
即ち、サーマルショック等の影響によって生じる経時変化特性の特性変化は、上記の使用温度及びその差分に影響を受け易い。この点、上記の制御を行うことで、使用温度及びその差分の影響を考慮した的確な補正量で補正を行うことができる。
【００１９】
前記の基準周波数発生装置においては、前記制御部は、経時変化特性の特性変化を補正するときは、時間の経過に従って補正量を変化させることが好ましい。
【００２０】
即ち、このサーマルショック等の影響によって生じる経時変化特性の特性変化は、時間が経つにつれて徐々に小さくなっていく。この点、上記の制御を行うことで、この性質を考慮した補正を行うことができる。
【００２１】
前記の基準周波数発生装置において、制御部は、自走用制御信号を生成して自走制御を行っている間において、経時変化特性の特性変化を考慮した補正に加えて、周波数温度特性を考慮した補正、及び、ヒステリシスを有する周波数特性を考慮した補正のうち少なくとも一方を行うことが好ましい。
【００２２】
これにより、周波数温度特性を考慮した補正を行った場合は、温度の影響によって生じる周波数温度特性の変化を考慮した補正を行うことができる。また、ヒステリシスを有する周波数特性を考慮した補正を行った場合は、水晶等の記憶効果を考慮した補正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る基準周波数発生装置を概略的に示したブロック図。
【図２】基準周波数発生装置の制御の一例を示すフローチャート。
【図３】経時変化特性の歪みを考慮した補正を開始するタイミングを説明するグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に発明の実施の形態について説明する。初めに、図１を参照して、基準周波数発生装置１０の全体構成について説明する。図１は、本実施形態の基準周波数発生装置１０を概略的に示したブロック図である。
【００２５】
本実施形態の基準周波数発生装置１０は、携帯電話の基地局、地上デジタル放送の送信局及びＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ  Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ａｃｃｅｓｓ）通信設備等に用いられるものであり、接続されるユーザ側の機器に基準周波数信号を提供するものである。以下に、基準周波数発生装置１０の各部の構成について説明していく。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態の基準周波数発生装置１０は、電圧制御発振器１５と、分周器１６と、位相比較器１２と、ループフィルタ１３と、温度センサ１７と、制御部１１と、スイッチ回路１４と、を備える。
【００２７】
基準周波数発生装置１０には、ＧＰＳ受信機２０とＧＰＳアンテナ２１からなるＧＰＳ受信部が接続されており、このＧＰＳ受信部は基準周波数発生装置１０にリファレンス信号を供給する。より具体的には、ＧＰＳ受信機２０は、ＧＰＳアンテナ２１がＧＰＳ衛星から受信した電波に含まれる測位用信号に基づいて、前記リファレンス信号としての１ＰＰＳ信号（１秒周期信号）を生成し、基準周波数発生装置１０に出力するよう構成されている。図１に示すように、ＧＰＳ受信機２０で生成されて基準周波数発生装置１０に供給されたリファレンス信号は、制御部１１及び位相比較器１２に入力される。
【００２８】
電圧制御発振器１５は、外部から印加される電圧のレベルによって出力する周波数を変更可能に構成されている。この電圧制御発振器１５としては、例えば水晶振動子を共振器として使用したＴＣＸＯ（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ、温度補償型水晶発振器）を用いることができる。この電圧制御発振器１５によって出力された基準周波数信号は、外部のユーザ側のシステムへ出力されるとともに、分周器１６に入力される。
【００２９】
分周器１６は、電圧制御発振器１５から入力される基準周波数信号を分周して高い周波数から低い周波数に変換し、得られた位相比較用信号を位相比較器１２へ出力するように構成されている。また、この位相比較用信号は、タイミングパルス信号（１ＰＰＳ信号）として外部のユーザ側のシステムに対しても出力される。例えば、電圧制御発振器１５が出力する基準周波数が１０ＭＨｚである場合、分周器１６は、電圧制御発振器１５が出力する１０ＭＨｚの信号を分周比１／１０００００００で分周して、１Ｈｚの位相比較用信号を生成する。
【００３０】
位相比較器１２は、リファレンス信号と、分周器１６で分周された前記位相比較用信号と、の位相差を検出し、その位相差に基づく信号（位相差信号）を出力する。位相比較器１２が出力した位相差信号は、ループフィルタ１３に入力される。
【００３１】
ループフィルタ１３はローパスフィルタ等によって構成されており、前記位相差信号の電圧レベルを時間的に平均化することで制御電圧信号に変換する。この制御電圧信号は、スイッチ回路１４を介して電圧制御発振器１５に入力される。電圧制御発振器１５は、このループフィルタ１３から出力されてきた制御電圧信号に基づく周波数を出力する。このように、電圧制御発振器１５の出力周波数は、前記位相比較用信号の位相がリファレンス信号の位相と一致するように適宜調整される。
【００３２】
温度センサ（温度検出部）１７は、電圧制御発振器１５の使用温度を検出するためのものであり、電圧制御発振器１５の近傍に配置されている。また、温度センサ１７が検出した使用温度は、制御部１１へ出力されている。
【００３３】
制御部１１は、基準周波数発生装置１０の各部の制御を行うためのものであり、演算部としてのＣＰＵ等で構成されている。そして、制御部１１は、ＧＰＳ受信機２０から前記リファレンス信号が供給されているか否かを監視する。そして、リファレンス信号が供給されていると判断した場合は、制御部１１は切換制御信号をスイッチ回路１４に送信し、ループフィルタ１３と電圧制御発振器１５とを接続させる。
【００３４】
スイッチ回路１４によってループフィルタ１３と電圧制御発振器１５とが接続されることで、位相同期回路（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ、ＰＬＬ回路）３０のループが形成され、リファレンス信号に基準周波数信号が同期するように電圧制御発振器１５が制御される。従って、ＧＰＳ受信機２０がリファレンス信号を生成して基準周波数発生装置１０に供給し、当該リファレンス信号に対してＰＬＬがロックしている限り、経時変化や周囲の温度変化等に起因して電圧制御発振器１５のＦ−Ｖ特性の変動が生じたとしても、基準周波数発生装置１０から出力される基準周波数は一定に保たれる。
【００３５】
なお、以下の説明では、上記のように基準周波数発生装置１０がリファレンス信号を取得でき、それに基づいて基準周波数信号を出力している状態を「定常状態」と称することがある。それに対して、基準周波数発生装置１０がリファレンス信号を取得できず、制御部１１が自走用の制御電圧信号を出力して基準周波数信号を出力している状態を「自走状態」と称することがある。
【００３６】
次に、図２を参照して、定常状態において制御部１１が行っている処理について説明する。図２は、基準周波数発生装置１０の制御の一例を示すフローチャートである。
【００３７】
制御部１１はリファレンス信号が取得できているか否かを判断しており（Ｓ１０１）、リファレンス信号が取得できている場合は、そのリファレンス信号に基づいて電圧制御発振器１５を制御している（Ｓ１０２）。そして、この定常状態の間に制御部１１は、自走状態になったときに適切な制御電圧信号を出力して電圧制御発振器１５を制御できるように、自走制御に必要な各種データを算出している。以下では、このデータの例として使用温度と制御電圧信号のレベル値（ＤＡＣ値）の取扱いについて説明する。
【００３８】
制御部１１には、使用温度及びＤＡＣ値が入力されている。そして、所定の更新タイミングになると（Ｓ１０３）、この入力された値に基づいて必要なデータを算出している。
【００３９】
初めに、使用温度に関する処理について説明する。制御部１１は、基準周波数発生装置１０を起動してからの経過時間（以下では単に経過時間と称する）と、この経過時間に対応した使用温度と、に基づいて、経過時間と使用温度との関係を示す温度近似関数を算出している（Ｓ１０４）。本実施形態では、この温度近似関数を求めるために、重み付け最小二乗法と逐次最小二乗法とを合成した重み付け逐次最小二乗法が用いられている。
【００４０】
重み付け最小二乗法を適用するために、温度近似関数を求める際には、記憶された使用温度に対して経過時間に応じたウェイト（重み）が設定される。このウェイトは過去に遡るにつれて小さくなるように設定されていて、過去に計測した使用温度ほど、求める温度近似関数に対する影響が小さくなるようになっている。なお、このウェイトをどのように設定するかは任意であり、環境に応じてウェイトを調整可能な構成にしても良い。
【００４１】
また、逐次最小二乗法が用いられていることにより、温度近似関数を更新する際には、直近の温度近似関数を求める際に用いたデータと、新しく検出した使用温度と、に基づいて新しい温度近似関数が算出されている。そのため、過去に検出した使用温度を蓄積しておく必要がない。また、過去の演算時に設定したウェイトを今回の推定演算時に重ねて反映させることができる。
【００４２】
このように、重み付け逐次最小二乗法を用いることにより、過去の環境よりも現在の環境を相対的に重視し、使用温度を記憶させるための記憶部を設けることなく温度近似関数を求めることができる。そして、制御部１１は、所定の更新タイミング毎に温度近似関数を更新するように構成されている。
【００４３】
また、制御部１１はＤＡＣ値に対しても所定の更新タイミング毎に演算を行っている。具体的には、前回までのＤＡＣ値に基づいて次回のＤＡＣ値を推定している（Ｓ１０５）。なお、以下の説明では、この推定したＤＡＣ値を「推定ＤＡＣ値」と称することがある。推定ＤＡＣ値の推定には適宜の方法を用いることができる。例えば、ＤＡＣ値の挙動のうち基準周波数発生装置１０の経時変化特性に基づいた挙動のみを算出して、この経時変化特性に基づいて次回のＤＡＣ値を推定する方法を用いることができる。このときに、前述の重み付け逐次最小二乗法を用いて推定ＤＡＣ値を推定することもできる。
【００４４】
なお、推定ＤＡＣ値として直近のＤＡＣ値をそのまま用いることもできる。この場合、経時変化特性等を考慮して自走制御を行うことができないが、制御部１１が行う演算処理を簡単にすることができる。この方法は、経時変化特性よりも他の特性の影響が大きく、経時変化特性の影響をほぼ無視できるときは有効である。
【００４５】
そして、制御部１１は自走状態になったときに、この推定ＤＡＣ値と、推定ＤＡＣ値を補正するための補正式と、に基づいて、電圧制御発振器１５に出力する制御電圧信号を決定する構成となっている。なお、この補正式の詳細については後述する。
【００４６】
次に、図２及び図３を参照して、自走状態において制御部１１が行っている制御について説明する。図３は、経時変化特性の歪みを考慮した補正を開始するタイミングを説明するグラフである。
【００４７】
制御部１１は、リファレンス信号の入力断を検出すると、当該制御部１１と電圧制御発振器１５とを接続させるための切換制御信号をスイッチ回路１４に送信し、自走制御に移行する。この自走制御では、ループフィルタ１３から出力される制御電圧信号に代わって、制御部１１が生成する自走用の制御電圧信号がスイッチ回路１４を介して電圧制御発振器１５に送信される。なお、前記入力断とは、リファレンス信号のパルスがＨｉ側あるいはＬｏｗ側に固定される現象と、リファレンスが正確でないタイミングで信号を出し続ける現象と、の両方を意味している。
【００４８】
自走制御時の制御電圧信号は、推定ＤＡＣ値と補正式とに基づいて算出されている。以下、この補正式について説明する。この補正式は３つの補正項から構成されており、例えば式（１）のように表すことができる。なお、式（１）においてＦｃｏはＤＡＣ値の補正量を示している。
【数１】
2011086976.tif 000003
【００４９】
式（１）の右辺に示されている３つの補正項のうち最初のもの（第１補正項）は、周波数温度特性によって生じる出力周波数のズレを補正するための補正項である。周波数温度特性とは、温度の変化によってＦ−Ｖ特性が変化する性質のことである。
【００５０】
制御部１１は、温度センサ１７が検出した使用温度を、第１補正項算出用の演算式に代入することで、第１補正項の補正量を算出するように構成されている。
【００５１】
以上で示したように、第１補正項の補正量は使用温度に基づいて決定されている。これは、本実施形態の基準周波数発生装置１０においては、周波数温度特性によって生じる出力周波数のズレが使用温度に基づいて補正されることを意味する。
【００５２】
式（１）の右辺における２番目の補正項（第２補正項）は、ヒステリシスを有する周波数特性によって生じる出力周波数のズレを補正するための補正項である。ヒステリシスを有する周波数特性とは、水晶の記憶効果等によってＦ−Ｖ特性が変化する性質である。そして、このＦ−Ｖ特性の変化量は、使用温度の時間変化率（以下では温度勾配と称する）に依存する。なお、温度勾配の絶対値が同一であった場合においても、使用温度が昇温状態にあるか降温状態にあるかによってＦ−Ｖ特性の変化量は異なる。
【００５３】
制御部１１は、温度近似関数を時間で微分して、この第１次導関数に経過時間を代入することで、温度勾配を求める。そして、制御部１１は、この温度勾配を第２補正項算出用の演算式に代入することで、第２補正項の補正量を算出するように構成されている。なお、第１補正項及び第２補正項の補正量を個別に求めず、所定の演算式に温度及び温度勾配を代入することで、第１補正項及び第２補正項の補正量の合計値を求めることもできる。
【００５４】
以上で示したように、第２補正項の補正量は温度勾配に基づいて決定されている。これは、本実施形態の基準周波数発生装置１０においては、ヒステリシスを有する周波数特性によって生じる出力周波数のズレが温度勾配に基づいて補正されることを意味する。
【００５５】
式（１）の右辺における最後の補正項（第３補正項）は、温度変化によって生じる経時変化特性の歪み（特性変化）に起因した出力周波数のズレを補正するための補正項である。この温度変化によって生じる経時変化特性の歪みは、使用温度が変化している状態から温度一定の状態に急激に遷移した場合と、温度一定の状態から急激に温度変化が発生した場合と、に生じる。なお、以下の説明では、「温度変化によって生じる経時変化特性の歪み」を単に「経時変化特性の歪み」と称する。
【００５６】
制御部１１は、この経時変化特性に歪みが生じたことを検出するために、温度近似関数を時間で微分して、第１次導関数と第２次導関数とを求める。そして、前述のように第１次導関数から温度勾配を求め、第２次導関数に経過時間を代入して温度勾配の時間変化率（以下では温度加速度と称する）を求める。制御部１１は、この温度勾配及び温度加速度に基づいて補正を開始するタイミングを決定している。
【００５７】
経時変化特性の歪みは、前述のように、使用温度が変化している状態から使用温度が略一定の状態へ急激に遷移した場合に生じる。ここで、使用温度が略一定の状態であるときは、温度勾配の絶対値は小さな値をとる（０付近の値をとる）。一方で、状態が急激に遷移したときは、温度勾配が大きく変化するので、温度加速度の絶対値は大きな値をとる。
【００５８】
また、経時変化特性の歪みは、前述のように、温度一定の状態から急激に温度変化が発生した場合においても生じる。ここで、急激に温度変化が発生したときは、温度勾配の絶対値は大きな値をとる。一方で、温度一定の状態（温度勾配の絶対値が小さな値をとる状態）から温度勾配の絶対値が急激に変化して大きな値をとるため、温度加速度の絶対値は大きな値をとる。
【００５９】
そのため、本実施形態の制御部１１は、温度勾配の絶対値が第１所定値以下又は温度勾配の絶対値が第２所定値以上であって（条件（１））、かつ、温度加速度の絶対値が閾値を超えていること（条件（２））、という２つの条件を設定し、これらの条件を両方満たしたときに、経時変化特性に歪みが生じたと判定するようになっている。
【００６０】
上記の条件（１）について図３の（ａ）を参照して説明する。図３の（ａ）は、経過時間に応じた温度及び温度勾配を示したグラフである。制御部１１には、予め適当な値の第１所定値（ｓ１）及び第２所定値（ｓ２）が設定されている（ｓ１＜ｓ２）。そして、温度勾配ΔＴが「｜ΔＴ｜＜ｓ１」であるか「ｓ２＜｜ΔＴ｜」であるときに、制御部１１は、条件（１）を満たしていると判断する。
【００６１】
上記の条件（２）について図３の（ｂ）を参照して説明する。図３の（ｂ）は、経過時間に応じた温度及び温度加速度を示したグラフである。制御部１１には、予め適当な値の閾値（ｕ）が設定されている。そして、温度加速度ａが「ｕ＜｜ａ｜」であるときに、制御部１１は、条件（２）を満たしていると判断する。
【００６２】
このように、第１所定値、第２所定値、及び閾値を設定することで、経時変化特性に歪みが生じたことを的確に検出して補正を開始することができる。
【００６３】
次に、経時変化特性に歪みが生じたことを検出したときにどのような補正を行うか、つまり第３補正項の具体的な形について説明する。この経時変化特性の歪みは、使用温度が一定になった瞬間（状態が急激に遷移した直後）が最も大きく、その後は時間が経過するに従って減少する。そのため、第３補正項は、時間とともに減衰する性質の関数によって構成されることが望ましく、例えば、式（２）のように表される。
【数２】
2011086976.tif 000004
【００６４】
ここで、α及びβは補正量を決定するための係数である。ｔ’は、条件（１）及び条件（２）を満たして補正を開始したときの経過時間である。このようにｔ’を設定することで、補正を開始した直後の補正量を最大にすることができる。また、指数が負の指数関数を用いることで、時間が経過するに従って補正量を減少させることができる。
【００６５】
第３補正項における係数（上記の例ではα及びβ）は、経時変化特性の歪み量に応じて自動的に算出されるように構成されている。この歪み量を算出するときに考慮される事項としては、使用温度及びその差分がある。例えば図３のように、使用温度が温度Ｔ１から温度Ｔ２に変化した後、温度Ｔ２を維持している状況を考える。このとき、温度Ｔ１、温度Ｔ２、及び温度Ｔ１と温度Ｔ２との差分等に基づいて歪み量をある程度見積もることができる。例えば、温度Ｔ１が低温である場合は歪み量が大きくなり易い。また、温度Ｔ１から温度Ｔ２へ向かうときの傾きが急であると（即ち、単位時間あたりの使用温度の変化が大きいと）、歪み量が大きくなり易い。第３補正項における係数は、上記のような経時変化特性の挙動を考慮して決定されている。
【００６６】
以上で示したように、第３補正項の補正量は使用温度、温度勾配、及び温度加速度等に基づいて決定されている。従って、本実施形態の基準周波数発生装置では、経時変化特性の歪みによって生じる出力周波数のズレは、使用温度、温度勾配、及び温度加速度等に基づいて補正されることになる。
【００６７】
以上のようにして３つの補正項の補正量が算出される（Ｓ１０６）。そして、補正式と前記推定ＤＡＣ値とに基づいて、自走制御に用いるためのＤＡＣ値（自走ＤＡＣ値）を得ることができる。そして、制御部１１は、自走ＤＡＣ値を信号レベルとした制御電圧信号を電圧制御発振器１５に出力する（Ｓ１０７）。
【００６８】
基準周波数発生装置１０は、自走状態において以上のような制御を行うことで、精度の高い基準周波数信号を継続して出力することができる。そして、リファレンス信号が取得できない限り、上記のような自走制御を行い続けるように構成されている。
【００６９】
以上に説明したように、基準周波数発生装置１０は、ＰＬＬ回路３０と、温度センサ１７と、制御部１１と、を備える。ＰＬＬ回路３０は、リファレンス信号に基づいて得られた制御電圧信号によって、電圧制御発振器１５が出力する基準周波数信号を制御している。温度センサ１７は、電圧制御発振器１５の使用温度を検出している。制御部１１は、リファレンス信号が取得できなくなると、温度加速度に基づいて、電圧制御発振器１５の経時変化特性の歪みを考慮した補正を行い、この補正内容に基づいて自走用制御信号を生成して電圧制御発振器１５を制御する。
【００７０】
即ち、例えば使用温度が大きく変化している状態から温度一定の状態に急激に遷移すると、サーマルショック等の影響により電圧制御発振器１５の出力周波数の経時変化特性に歪みが生じる。この点、上記の構成においては、状態が遷移したときに温度勾配が大きく変化することを考慮して、温度加速度に基づいて適切な補正を行うことができる。そのため、経時変化特性の歪みを考慮して自走用制御信号を生成することがことができる。従って、自走状態においても高精度な基準周波数信号を出力することができる。
【００７１】
また、本実施形態の基準周波数発生装置１０においては、時間と当該時間に対応付けられた使用温度との対応関係に対して重み付け逐次最小二乗法を用いることで温度近似関数を求めている。そして、温度近似関数を時間で２階微分することにより、温度加速度を求めている。
【００７２】
これにより、近似によって温度近似関数を求めることで、使用温度が局所的に大きく変化する時点を的確に検出することができる。更に、重み付け逐次最小二乗法を用いることで、過去の環境よりも現在の環境を重視し、また、使用温度を記憶するための記憶部を設けることなく温度近似関数を求めることができる。
【００７３】
また、本実施形態の基準周波数発生装置１０において、制御部１１は、自走用制御信号を生成して自走制御を行っている間において、温度勾配ΔＴが「｜ΔＴ｜＜ｓ１」であるか「ｓ２＜｜ΔＴ｜」であって、かつ温度加速度ａが「ｕ＜｜ａ｜」であるときに、経時変化特性の歪みを考慮した補正を開始している。
【００７４】
即ち、サーマルショック等の影響によって生じる経時変化特性の歪みは、使用温度が変化している状態から温度一定の状態に急激に遷移したときと、温度一定の状態から急激に温度変化が発生した場合と、に生じる。この点、本実施形態の基準周波数発生装置１０では、上記のｓ１，ｓ２，ｕを設定することで上記の特徴を的確に捉えているため、経時変化特性に特性変化が生じたことを適切に検出して補正を行うことができる。
【００７５】
また、本実施形態の基準周波数発生装置１０において、制御部１１は、自走用制御信号を生成して自走制御を行っている間において、使用温度が温度Ｔ１である状態から、使用温度が変化する状態を経由して、使用温度が温度Ｔ２である状態になったときに、温度Ｔ１と、温度Ｔ２と、温度Ｔ１と温度Ｔ２の差分と、のうち少なくとも何れかに基づいて、経時変化特性の歪みを補正するときの補正量を決定している。
【００７６】
即ち、サーマルショック等の影響によって生じる経時変化特性の歪みは、使用温度及びその差分に影響を受け易い。この点、上記の制御を行うことで、使用温度及びその差分の影響を考慮した的確な補正量で補正を行うことができる。
【００７７】
また、本実施形態の基準周波数発生装置１０において、制御部１１は、経時変化特性の歪みを補正するときは、時間の経過に従って補正量を変化させている。
【００７８】
即ち、このサーマルショック等の影響によって生じる経時変化特性の歪みは、時間が経つにつれて徐々に小さくなっていく。この点、本実施形態においては指数が負の指数関数を用いて補正量を計算する構成のため、この性質を考慮した補正を行うことができる。
【００７９】
また、本実施形態の基準周波数発生装置１０において、制御部１１は、自走用制御信号を生成して自走制御を行っている間において、経時変化特性の歪みを考慮した補正に加えて、周波数温度特性を考慮した補正、及び、ヒステリシスを有する周波数特性を考慮した補正を行っている。
【００８０】
これにより、周波数温度特性を考慮した補正を行っていることにより、温度の影響によって生じる周波数温度特性の変化を考慮した補正を行うことができる。また、ヒステリシスを有する周波数特性を考慮した補正を行っていることにより、水晶等の記憶効果を考慮した補正を行うことができる。
【００８１】
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
【００８２】
上記実施形態では、ＧＰＳ衛星からの信号に基づいてリファレンス信号を生成する構成であるが、ＧＰＳ以外のＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）を利用する場合においても、上記実施形態の構成を適用することができる。ＧＰＳ以外のＧＮＳＳとしては、例えばＧＬＯＮＡＳＳやＧＡＬＩＬＥＯ等を挙げることができる。また、外部装置が生成したリファレンス信号を取得する構成としても良い。
【００８３】
基準周波数発生装置１０の内部にＧＰＳ受信機２０を配置し、自機の内部でリファレンス信号を生成する構成に変更することができる。また、ＧＰＳ受信機２０が、１ＰＰＳに代えて、ＰＰ２Ｓ等の１Ｈｚ以外の信号をリファレンス信号として基準周波数発生装置１０に供給する構成に変更することができる。
【００８４】
上記実施形態では、電圧制御発振器１５として温度補償型の水晶発振器であるＴＣＸＯを用いる例を示したが、ＴＣＸＯの他にも、電圧制御発振器１５としてＯＣＸＯ（Ｏｖｅｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ、恒温槽付水晶発振器）等の水晶発振器を用いることができる。また、電圧制御発振器１５は、水晶発振器に限られず、例えばルビジウム発振器等を用いることができる。なお、サーマルショックの影響によって経時変化特性の歪みが生じ易い発振器を用いる場合は、本発明の効果を良好に発揮できて有利である。
【００８５】
ループフィルタ１３は、電圧制御発振器１５に出力する制御電圧信号を適切に制御できる限り、Ｐ制御、Ｉ制御及びＤ制御のうち少なくとも１つを実行可能な制御器に代えることができる。
【００８６】
ＰＬＬ回路３０は、供給されるリファレンス信号に同期して電圧制御発振器１５を制御する構成である限り、他の同期回路（ＤＬＬ回路等）を使用することもできる。
【００８７】
電圧制御発振器１５の部分に別の同期回路を配置し、異なる周波数を生成して出力する構成に変更することができる。
【００８８】
上記実施形態では、使用温度と経過時間との対応関係から温度近似関数を求めるために重み付け逐次最小二乗法を用いたが、他の近似を用いて温度近似関数を求める構成にしても良い。
【００８９】
上記実施形態では、演算によって第１補正項及び第２補正項の補正量を求めたが、これに代えて、補正テーブルを用いてこれらの補正量を求めることができる。補正テーブルとは、使用温度及び温度勾配と、適用すべき補正量と、が対応付けられたテーブルである。そして、制御部１１は、このテーブルを参照することで、検出した使用温度に対応する補正量と、算出した温度勾配に対応する補正量と、を求めることができる。なお、離散的に得られている使用温度又は温度勾配の間に対応する補正量は、線補間等の演算を行うことで求めることができる。
【００９０】
上記実施形態では、経時変化特性の歪みを考慮した補正を開始する条件として、条件（１）及び条件（２）を設定したが、これに代えて、補正を開始する条件を例えばテーブル等で設定することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１０  基準周波数発生装置
１１  制御部
１２  位相比較器
１３  ループフィルタ
１５  電圧制御発振器（発振器）
１７  温度センサ（温度検出部）
３０  ＰＬＬ回路（同期回路）
【図１】
2011086976.tif 000005
【図２】
2011086976.tif 000006
【図３】
2011086976.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成24年11月12日(2012.11.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リファレンス信号に基づいて得られた制御信号によって、発振器が出力する基準周波数信号を制御する同期回路と、  前記発振器の使用温度を検出する温度検出部と、  リファレンス信号が取得できなくなると、使用温度の温度勾配の時間変化率に基づいて、前記発振器の経時変化特性の特性変化を考慮した補正を行い、補正内容に基づいて自走用制御信号を生成して前記発振器を制御する制御部と、を備えることを特徴とする基準周波数発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の基準周波数発生装置であって、  前記制御部は、  時間と使用温度との対応関係に対して近似曲線を適用することで温度近似関数を求め、  温度近似関数を時間で２階微分することにより、温度勾配の時間変化率を求めることを特徴とする基準周波数発生装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の基準周波数発生装置であって、  前記制御部は、自走用制御信号を生成して自走制御を行っている間において、温度勾配の絶対値が第１所定値よりも小さい値をとるか又は温度勾配の絶対値が第２所定値よりも大きい値をとり、かつ温度勾配の時間変化率の絶対値が閾値を超えた値をとるときに、経時変化特性の特性変化を考慮した補正を開始することを特徴とする基準周波数発生装置。
【請求項４】
請求項１から３までの何れか一項に記載の基準周波数発生装置であって、  前記制御部は、自走用制御信号を生成して自走制御を行っている間において、使用温度が略一定の第１状態から、使用温度が変化する状態を経由して、使用温度が略一定の第２状態になったときに、  第１状態における使用温度である第１使用温度と、  第２状態における使用温度である第２使用温度と、  第１使用温度と第２使用温度との差分と、のうち少なくとも何れかに基づいて、経時変化特性の特性変化を考慮した補正を行うときの補正量を決定することを特徴とする基準周波数発生装置。
【請求項５】
請求項１から４までの何れか一項に記載の基準周波数発生装置であって、  前記制御部は、経時変化特性の特性変化を考慮した補正を行うときは、時間の経過に従って補正量を変化させることを特徴とする基準周波数発生装置。
【請求項６】
請求項１から５までの何れか一項に記載の基準周波数発生装置であって、  前記制御部は、  自走用制御信号を生成して自走制御を行っている間において、経時変化特性の特性変化を考慮した補正に加えて、周波数温度特性を考慮した補正、及び、ヒステリシスを有する周波数特性を考慮した補正のうち少なくとも一方を行うことを特徴とする基準周波数発生装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
特許文献１は、水晶発振器の温度の変化に従ってＦ−Ｖ特性が変化すること（周波数温度特性）を考慮して自走用の制御電圧を生成する基準周波数発生装置を開示する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
即ち、例えば使用温度が大きく変化している状態から温度一定の状態に急激に遷移すると、サーマルショック等の影響により前記発振器の経時変化特性に特性変化が生じる。この点、上記の構成においては、状態が遷移したときに温度勾配が大きく変化することを考慮して、温度勾配の時間変化率に基づいて適切な補正を行うことができる。そのため、経時変化特性の特性変化を考慮して自走用制御信号を生成することができる。従って、自走状態においても高精度な基準周波数信号を出力することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
前記の基準周波数発生装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記制御部は、時間と使用温度との対応関係に対して近似曲線を適用することで温度近似関数を求める。また、前記制御部は、温度近似関数を時間で２階微分することにより、温度勾配の時間変化率を求める。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
前記の基準周波数発生装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記制御部は、自走用制御信号を生成して自走制御を行っている間において、使用温度が略一定の第１状態から、使用温度が変化する状態を経由して、使用温度が略一定の第２状態になったときに、第１状態における使用温度である第１使用温度と、第２状態における使用温度である第２使用温度と、第１使用温度と第２使用温度との差分と、のうち少なくとも何れかに基づいて、経時変化特性の特性変化を考慮した補正を行うときの補正量を決定する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
前記の基準周波数発生装置においては、前記制御部は、経時変化特性の特性変化を考慮した補正を行うときは、時間の経過に従って補正量を変化させることが好ましい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
即ち、例えば使用温度が大きく変化している状態から温度一定の状態に急激に遷移すると、サーマルショック等の影響により電圧制御発振器１５の出力周波数の経時変化特性に歪みが生じる。この点、上記の構成においては、状態が遷移したときに温度勾配が大きく変化することを考慮して、温度加速度に基づいて適切な補正を行うことができる。そのため、経時変化特性の歪みを考慮して自走用制御信号を生成することができる。従って、自走状態においても高精度な基準周波数信号を出力することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
また、本実施形態の基準周波数発生装置１０においては、時間と使用温度との対応関係に対して重み付け逐次最小二乗法を用いることで温度近似関数を求めている。そして、温度近似関数を時間で２階微分することにより、温度加速度を求めている。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８９】
上記実施形態では、演算によって第１補正項及び第２補正項の補正量を求めたが、これに代えて、補正テーブルを用いてこれらの補正量を求めることができる。補正テーブルとは、使用温度及び温度勾配と、適用すべき補正量と、が対応付けられたテーブルである。そして、制御部１１は、このテーブルを参照することで、検出した使用温度に対応する補正量と、算出した温度勾配に対応する補正量と、を求めることができる。なお、離散的に得られている使用温度又は温度勾配の間に対応する補正量は、線型補間等の演算を行うことで求めることができる。
【国際調査報告】
2011086976.tif 000008
2011086976.tif 000009